JP4332276B2 - 表情変化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人形玩具や動物玩具などに設けられ、目と眉毛との動きによってさまざまな表情に表情を変化させる表情変化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人形玩具や動物玩具などにおいて表情を変化させるのに目の動きが最も効果的であり、さまざまな目の駆動装置が提案され実用に供されている。最も一般的なものは、眼球体を上下に回動可能に軸支し、眼球体の背面に錘部材を設け、人形体を立たせた時には黒目が前面に現れ目を開いた状態を表現し、人形体を横にしたときには眼球体が回動して黒目が頭部内に隠れ、眠った状態を表現できるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の駆動装置では目の動きが単純であるため、表情の変化が単純で、さまざまな表情を表現することはできなかった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解消し、目と眉毛との動きによって、さまざまな表情を表現させることができる表情変化装置を提供することをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係る表情変化装置は、２つの眼球体を回動自在に支持する支持部と、２つの眼球体を連結するとともに該眼球体を同期して左右方向に回動可能に支持する連結部材と、上記連結部材を上下左右に揺動させる揺動機構とを備え、上記揺動機構は、中心からの距離と溝の深さとが部位によって異なる凹溝が側面に周設された円板と、後端が回動可能に軸支され先端が上記連結部材に係合するアーム部材と、上記円板を回転させるモータとを有し、上記アーム部材には上記円板の凹溝に係合する係合軸を側方に突出して形成するとともに、該係合軸の先端が上記凹溝の底部に常に当接するように上記アーム部材を付勢部材で付勢し、上記モータにより回転する円板の凹溝に連係して上記アーム部材の先端を上下左右に揺動させて上記連結部材を上下左右に揺動させ、２つの眼球体を回動させてさまざまな表情を表現させることを特徴とする。
【０００６】
なお、前記支持部の前面には眉毛体を上下に回動可能に配置し、該眉毛体を回動させる駆動軸にはクランクを形成し、該クランクを揺動させるカムを前記円板に連係させ、眼球体の動きに眉毛体の動きを連動させてもよい。
【０００７】
また、前記円板のホームポジションを検出する第１の検出手段と、円板の回転位置を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段と第２の検出手段とから上記円板の位置を認識するとともに、上記２つの検出手段の検出結果に基づいて前記モータの回転制御を行う制御部とを備え、円板の回転位置を認識しモータの回転又は停止をするようにしてもよい。
【０００８】
さらに、前記制御部は、現在の眼球体の回動位置から眼球体を所望の回動位置に回動させる際、現在の円板の回転位置から所望の回転位置に最短時間で到達するように前記モータの正逆回転を制御し最短時間で眼球体を回動させて表情を変化させることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る表情変化装置Ａを適用した人形玩具を示し、図２は表情変化装置Ａの分解斜視図を示す。この表情変化装置Ａは、図２に示すように、モータ５を駆動源とする揺動機構Ｂで支持部６に支持された２つの眼球体７、７を同期して上下左右に回動させるとともに、支持部６の前面に配置された眉毛体８、８を上下に回動するように構成されているもので、人形や動物、ロボットなどの玩具本体１の頭部に配置されるものである。
【００１０】
揺動機構Ｂは、モータ５、円板１４、アーム部材１６で主に構成され、フレーム１０に固定されたモータ５の回転軸１１にはピニオンギヤ１２が設けられ、このピニオンギヤ１２は平歯車１３に噛合している。円板１４は平歯車１３と同軸上に一体に形成され、この円板１４の内側面には一本の凹溝１５が周設されている。この凹溝１５は、図３（ａ）に示すように、中心からの距離Ｌが部位によって異なるように蛇行して形成されるとともに、その凹溝１５の深さＤは部位によって連続的に変化するように形成されている（図７参照）。
【００１１】
アーム部材１６は上記円板１４の内側に配置され、このアーム部材１６の後端には上下方向に係合孔１７が形成され、この係合孔１７にはフレーム１０の上面に突出形成された半球状の基台２０の上端から上方に突出した支軸２１が挿通され、アーム部材１６は支軸２１を中心に先端部が上下左右に揺動できるようになっている。このアーム部材１６の先端にはコ字状の挟持部１８が形成され、この挟持部１８で後述する眼球体７を連結する連結部材２５を回動可能に挟持している。
【００１２】
さらに、アーム部材１６の側部から円板１４側に向かって係合軸２２が突出形成され、この係合軸２２の先端は上記円板１４に形成された凹溝１５内に挿入されている。上記アーム部材１６は付勢部材であるスプリング２３で常に円板１４側に付勢されているので係合軸２２の先端は常に凹溝１５の底面に当接している。
【００１３】
そのため、円板１４が回転すると、凹溝１５内に先端が挿入された係合軸２２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、凹溝１５の側壁によって上下動させられるのでアーム部材１６は支軸２１を中心に上下方向に揺動する。また、スプリング２３に付勢されて係合軸２２の先端は凹溝１５の底面に常に当接しているので、凹溝１５が浅ければスプリング２３に抗して、図４（ａ）に示すように右に回動させられ、凹溝１５が深ければ、図４（ｂ）に示すようにスプリング２３に引っぱられてアーム部材１６は支軸２１を中心に左に回動するので、アーム部材１６は支軸２１を中心に左右に揺動し、結果としてアーム部材１６は凹溝１５の形状に連係して上下左右に揺動することになる。
【００１４】
そして、上記アーム部材１６の先端の挟持部１８には２つの眼球体７、７を連結する連結部材２５が回動可能に挟持されている。この連結部材２５は平面視略コ字状の板部材で、中央はくびれて円柱状に形成され、くびれ部２５ａが上記挟持部１８に挟持されて挟持部１８を中心に上下に回動できるようになっている。連結部材２５の両端は前方に突出し、突出部には上下に係合軸２６が突出して形成され、この係合軸２６が眼球体７に形成された係合孔２７に遊嵌し、眼球体７は係合軸２６を中心に左右に回動できるようになっている。なお、上記眼球体７は、図５に示すように、上下に２分割され、分割面７ａには係合孔２７が形成され、この係合孔２７に上記連結部材２５の係合軸２６を挿通させた後、接合面７ｂを接着等適宜手段で固定すればよい。
【００１５】
そして、２つの眼球体７、７は２枚の支持板６ａ、６ｂからなる支持部６に回動可能に支持されている。この支持板６ａ、６ｂにはそれぞれ眼球体７の径よりもやや小さな径の円形の開口部３０が形成され、２枚の支持板６ａ、６ｂで眼球体７、７を固定しない程度に所定の長さの筒状部材３１を介してネジ３２でフレーム１０に固定されている。
【００１６】
また、上記支持板６ｂの前面の上部には２つの眉毛体８、８がそれぞれ回動可能に配置されている。この眉毛体８、８は２枚の支持板６ａ、６ｂを貫通した駆動軸３５の先端にネジ止めされ、この駆動軸３５の後端には略扇状にクランク３６が形成され、このクランク３６の背面側には係合軸３７が後方に突出して形成されるとともに、クランク３６、３６が互いに外方に回動するように、クランク３６、３６の上端に突出して形成されたフック３８、３８にはスプリング３９が掛けられている。そして、上記係合軸３７は円板１４の両側に所定間隔をおくとともに、円板１４と同軸に設けられた円板状のカム４０、４１に係合している。このカム４０、４１の周縁には内側に向かって波形の凹凸４０ａ、４１ａが形成され、上記スプリング３９に付勢されて係合軸３７、３７はカム４０、４１に押付けられ、カム４０、４１が回転すると凹凸４０ａ、４１ａに沿って係合軸３７、３７が左右に揺動し、駆動軸３５、３５が回動して眉毛体８、８が上下に回動するようになっている（図６参照）。
【００１７】
ところで、上記円板１４の周面には回転位置表示部４２が設けられ、フレーム１０には上記回転位置表示部を検出する第２の検出手段が配置されている。上記回転位置表示部４２は円板１４の周面に沿って等間隔に形成された７つの凹部４２ａ〜４２ｇで構成され、第２の検出手段はリーフスイッチＳＷ２で構成され、リーフスイッチＳＷ２がＯＦＦすることによって凹部４２ａ〜４２ｇを検出できるようになっているもので、このリーフスイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ状態は後述する制御部４５で認識できるようになっている。
【００１８】
なお、本発明では、上記回転位置表示部を凹部４２、第２の検出手段をリーフスイッチＳＷ２で構成したが、マグネットを円板の周面に所定間隔をおいて埋設し、リードスイッチでマグネットの有無を検出してもよいし、円板の周面に所定間隔をおいて反射板を配設しフォトセンサで反射板の有無を検出するようにしてもかまわない。
【００１９】
また、平歯車１３の外側面には突部１３ａが形成され、フレーム１０にはこの突部１３ａを検出する第１の検出手段であるリーフスイッチＳＷ１が配置されている。このリーフスイッチＳＷ１は突部１３ａを検出するとＯＮし、制御部４５はリーフスイッチＳＷ１のＯＮにより、円板１４の回転位置がホームポジションであることが認識できるようになっている。
【００２０】
本発明では、円板１４の回転位置がホームポジションにあるときは、図３（ａ）に示すように、アーム部材１６が最大限上方に回動し、眼球体７が最大限下方に回動させられて目を閉じた状態を表現するようになっている。
【００２１】
なお、図７に示すように、モータ５が回転して第１の検出手段ＳＷ１がＯＮし、第２の検出手段ＳＷ２が凹部４２ａを検出した時の円板１４の回転位置を、眠りの表情を表現するホームポジション（ＰＯＳ１）とし、ホームポジションを基準に、第２の回転位置（ＰＯＳ２）は半眼の表情、第３の回転位置（ＰＯＳ３）は悲しみの表情、第４の回転位置（ＰＯＳ４）は好奇の表情、第５の回転位置（ＰＯＳ５）は喜びの表情、第６の回転位置（ＰＯＳ６）は怒りの表情、第７の回転位置（ＰＯＳ７）は決意の表情をそれぞれ表現できるように、凹部４２ａ〜４２ｇに対応して円板１４の凹溝１５の中心からの距離Ｌ、溝の深さＤとカム４０、４１のカム面４０ａ、４１ａの高さＨｌ、Ｈｒとが７つの表情を表現できるように形成されている。
【００２２】
次に、図８は、ブロック図を示し、制御部４５は２つのリーフスイッチＳＷ１、ＳＷ２の検出結果に基づいて、メモリに記憶された制御プログラムにしたがってモータ５の回転制御を行なっている。
【００２３】
制御部４５は電源がＯＮされたとき、モータ５を回転させ、リーフスイッチＳＷ１がＯＮしたことにより、円板１４の回転位置がホームポジションに到達したと判断し、モータ５を停止するようになっている。円板１４の回転位置がホームポジションにある時は、黒目が下方に位置するとともに眼球体７、７が正面を向くように回動させて目を閉じた状態が表示できるように凹溝１５は中心からの距離が最短になるとともに、凹溝１５の深さが中間に形成されている。この時は、円板１４の凹部４２ａ（ＰＯＳ１）を検出するようにリーフスイッチＳＷ２の取り付け位置が設定されており、制御部４５はリーフスイッチＳＷ１のＯＮでホームポジションを認識し、リーフスイッチＳＷ２のＯＦＦの回数をカウントすることによって、円板１４の回転位置を認識できるようになっている。
【００２４】
ところで、上記メモリにはポジションテーブルＴｂが形成されている。このポジションテーブルＴｂは、円板１４の現在の回転位置と、今後どの回転位置に円板１４を停止させるためにはモータ５を正逆何れの方向にどれだけ回転させればよいかを定義したものである。
【００２５】
図９は、ポジションテーブルＴｂの一例を示し、このポジションテーブルＴｂは、現在の回転位置（現在ＰＯＳ）が第２ポジション（ＰＯＳ２）で、第５ポジション（ＰＯＳ５）で円板１４を止めたいときは、カウンタＣＴがリーフスイッチＳＷ２のＯＦＦを２回カウントするまでモータ５を正回転（Ｆ方向）させればよく、第１ポジション（ＰＯＳ１）で円板１４を止めたいときは、カウンタＣＴがリーフスイッチＳＷ２のＯＦＦを１回カウントするまでモータを逆回転（Ｂ方向）させればよいことを示している。
【００２６】
次に、図１０のフローチャート図に基づいて表情変化装置の作動態様について説明する。
【００２７】
電源スイッチ４６をＯＮすると、モータ５を回転させ（ステップＳＴ１）、リーフスイッチＳＷ１がＯＮすると（ステップＳＴ２）、円板１４がホームポジションに位置したと判断し、フラグレジスタＦＲのＰＯＳ１にフラグを立て、モータ５を停止し（ステップＳＴ３）、スタート命令を待つ（ステップＳＴ４）。スタート命令の行き先ポジションと、現在のポジションとに基づいてポジションテーブルＴｂを参照し、回転方向を決定するとともに、回転量をカウンタＣＴにセットし（ステップＳＴ５）、正回転であればステップＳＴ７に、逆回転であればステップＳＴ１１に続くルーチンにそれぞれ進み、リーフスイッチＳＷ２がＯＦＦするのを待ち、ＯＦＦするとカウンタＣＴをカウントダウンし、カウンタ値がゼロになれば、円板１４の回転位置が所望の位置に到達したと判断し、ステップＳＴ１５に進んでモータ５を停止し、フラグレジスタＦＲに現在のポジションにフラグを立て、ステップＳＴ４に戻って次のスタート命令を待つ。
【００２８】
上述のように、第１の検出手段（リーフスイッチＳＷ１）がＯＮした時の円板１４の回転位置をホームポジションとして把握し、そのホームポジションを基準として、現在の回転位置をフラグレジスタＦＲから読み取り、現在のポジションと行先のポジション（回転位置）とからポジションテーブルＴｂを参照し、モータ５の回転方向と回転量とを制御するので、常に最短時間で所望の回転位置に円板１４を回転させ、表情を速やかに変化させることができる。しかも、眼球体７と、眉毛体８との位置を円板の回転位置に対応させて、円板に形成された凹溝１５と、カム４０、４１とを形成しているので、円板１４の回転位置から眼球体７の回動位置と眉毛体８の回動位置とを把握することができ、制御部４５は円板１４の回転位置を指示することにより、任意の表情を表現させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、眼球体が同期して上下左右に回動するので、単に目を閉じたり開いたりする眼球体の駆動機構に比べ、より豊かな顔の表情を表現することができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、眼球体の回動に加えて眉毛体も動かすことができるので、目の表情だけでは表現できない顔の表情をより効果的に且つ、リアルに表現することができる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、２つの検出手段によって円板の位置を認識することができ、２つの検出手段から所望の表情を任意に表現することができ、音声を出力する人形玩具などに組み込んだときには、出力する音声に適合した顔の表情を表現することが容易にできる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、短時間に所望の表情に変化させることができ、無用な表情の表現を最小限に抑えることができ、目の動きをより自然にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表情変化装置を備えた人形体の正面図
【図２】上記表情変化装置の分解斜視図
【図３】（ａ）（ｂ）は上記表情変化装置の要部断面図
【図４】（ａ）（ｂ）は上記表情変化装置の平面図
【図５】眼球体と連結部材との関係を説明する分解斜視図
【図６】（ａ）（ｂ）は眉毛体の作動状態説明図
【図７】検出手段と表情との関係を示すタイムテーブル。
【図８】表情変化装置のブロック図
【図９】ポジションテーブルの説明図
【図１０】表情変化装置の作動態様を説明するフローチャート図
【符号の説明】
５ モータ
６ 支持部
７ 眼球体
８ 眉毛体
１４ 円板
１５ 凹溝
１６ アーム部材
２２ 係合軸
２３ 付勢部材（スプリング）
２５ 連結部材
４５ 制御部
Ａ 表情変化装置
Ｂ 揺動機構
ＳＷ１ 第１の検出手段（リーフスイッチ）
ＳＷ２ 第２の検出手段（リーフスイッチ）

Claims (4)

1. ２つの眼球体を回動自在に支持する支持部と、
   ２つの眼球体を連結するとともに該眼球体を同期して左右方向に回動可能に支持する連結部材と、
   上記連結部材を上下左右に揺動させる揺動機構とを備え、
   上記揺動機構は、中心からの距離と溝の深さとが部位によって異なる凹溝が側面に周設された円板と、後端が回動可能に軸支され先端が上記連結部材に係合するアーム部材と、上記円板を回転させるモータとを有し、上記アーム部材には上記円板の凹溝に係合する係合軸を側方に突出して形成するとともに、該係合軸の先端が上記凹溝の底部に常に当接するように上記アーム部材を付勢部材で付勢し、上記モータにより回転する円板の凹溝に連係して上記アーム部材の先端を上下左右に揺動させて上記連結部材を上下左右に揺動させ、２つの眼球体を回動させてさまざまな表情を表現させることを特徴とする表情変化装置。
2. 前記支持部の前面には眉毛体を上下に回動可能に配置し、該眉毛体を回動させる駆動軸にはクランクを形成し、該クランクを揺動させるカムを前記円板に連係させた請求項１記載の表情変化装置。
3. 前記円板のホームポジションを検出する第１の検出手段と、円板の回転位置を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段と第２の検出手段とから上記円板の位置を認識するとともに、上記２つの検出手段の検出結果に基づいて前記モータの回転制御を行う制御部とを備えた請求項1記載の表情変化装置。
4. 前記制御部は、現在の眼球体の回動位置から眼球体を所望の回動位置に回動させる際、現在の円板の回転位置から所望の回転位置に最短時間で到達するように前記モータの正逆回転を制御する請求項３記載の表情変化装置。

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